Uncategorised

Впечатления от «китайской технологии» в Казахстане.

 

1. Общее.

После посещения кирпичных заводов в районе Алматы, мне импонирует подход собственников этих заводов, который основан на принципе: строительство завода и производство кирпича с минимальными затратами.

Глинистое сырье вокруг Алматы представлено тощими лессовыми суглинками с содержанием глинистых (по Рудковскому) в пределах 7…9%. Основная гранулометрическая составляющая этого сырья – пылевидная фракция, содержание которой достигает 60% и более. Но в отдельных районах имеется глинистое сырье с содержанием глинистых до 25%.

При содержании глинистой фракции 7…9% и пылевой фракции 60%, сырье чувствительное к сушки, т.к. очень мало связующих глинистых материалов. Цикл сушки такого сырья должно составлять не менее 72 часов.

Глинистое сырье однородное и находится в больших массивах со значительной толщиной залегания. Практически отсутствуют твердые, камнеподобные включения.

На различных карьерах различная загрязненность глинистого сырья сульфатными солями щелочных и щелочноземельных металлов.

Практически повсеместно присутствуют мелкодисперсные карбонаты кальция.

Все кирпичные заводы в этом регионе выпускают рядовой полнотелый кирпич, используя различные технологические схемы пластической формовки при минимальных затратах на массоподготовку.

Сушка: естественная или искусственная с использованием в качестве агента сушки дымовые газы смешанные, с нагретым в зоне охлаждения, атмосферным воздухом.

Обжиг кирпича осуществляется в кольцевых и туннельных печах, где в качестве топлива используется уголь.

 

2. Массоподготовка.

Заводы расположены непосредственно в карьере и сырье бульдозером или фронтальным погрузчиком загружается в приемный бункер питателя. В целях экономии электроэнергии, на многих заводах переработка сырья заключается в перемещении глины из карьерного массива в бункер питателя. Но уже появляются заводы, где производится переработке сырья на машинном оборудовании.

Проблемой сырья на этих заводах является:

 – пониженная карьерная влажность сырья и наличие «сухарей» – твердых высохших комков глины;

 – засоренность сырья растительными включениями (стебли, корни).

Пониженная карьерная влажность сырья при «короткой» массоподготовке создает значительные трудности в придании заданной и однородной влажности шихты при формовке. Недостаточно времени для полного смачивания глинистого сырья водой и диспергирования глинистых частиц. Не полностью проявляются, и без того незначительные, свойства глинистой составляющей и, соответственно, возникают напряжения в кирпиче при формовке и трещины при сушке. 

Решение проблемы очистки сырья от мусора на заводах достаточно простое: над бункером питателя устанавливается сепарационная решетка с ячейкой заданного размера, через которую не проходят крупные комки сухой глины и крупные растительные остатка. Накопившиеся на решетки остатки убираются с помощью подручных средств: скребки, грабли, лопаты и т.п.

Для разрушения первичной структуры глины на многих заводах отсутствуют глиноперерабатывающие машины, и это является значительным недостатком этих заводов.

Основное работы, которые надо выполнить на массоподготовке:

– разрушить первичную структуру глинистого сырья каскадом вальцевых мельница

– увеличить время контакта глинистого сырья с водой, для чего надо осуществлять многократное поэтапное увлажнение массы водой в нескольких смесителях.

Намного лучшего результата, можно достигнуть, при строительстве буферного закрытого шихтозапасника, который отделит отделение массоподготовки от отделения формовки.

Но, несмотря на все сложности, глинистое сырье пригодно для производства строительного керамического кирпича различных форматов и достаточно высокой марки (М 125…150).

 

3. Формовка.

При формовке используются вакуумные и безвакуумные шнековые пресса различных марок и различных фирм изготовителей.

Основное требование к прессу – максимальная производительность.

Достигнуть максимальной производительности на неподготовленной шихте очень сложно. Неравномерная влажность шихты изменяет формовочные условия и производительность шнекового пресса. Рабочие, которые управляют работой смесителей и пресса, не всегда успевают приспособить подачу воды к изменяющейся влажности шихты и возникают дефекты формовки: «драконий зуб» в углах выходящего бруса; «посечки» на лицевых гранях бруса и т.п. Очень часто из-за снижения влажности шихты происходит запрессовка массы в цилиндре пресса. Практически на всех заводах при формовке присутствует дефект «свиль».

Все эти проблемы возникают только потому, что на предприятиях отсутствуют квалифицированные технологи, которые могут выявить недостатки технологии и устранить недостатки.

Особо хочу остановиться на «китайской технологии», которая применяется на некоторых заводах.

С целью сокращения затрат на оборудование, собственники заводов реализуют технологическую схему сушки кирпича на печных вагонетках. О проблемах сушки напишу ниже, сейчас о проблемах формовки.

Формовочный брус, нормальной консистенции, выходящий из мундштука пресса имеет прочность 1,6…1,8 кг/см². При укладке на печную вагонетку 13-ти слоев кирпича в пакете, на кирпич нижнего слоя создается давление 0,30 кг/см², т.е. вполне допустимое давление. Но если под этим кирпичом нарушена плоскость укладки, то разрушающая, сдвиговая нагрузка увеличивается до 3,84 кг/см², что в два раза превышает допустимую.

Такие же разрушения возникают, если нагрузка от двух верхних кирпичей, неравномерно распределиться на контактную площадь нижнего кирпича, т.е. возникает не нормальное давление на плоскость, а срезающее давление.

Прочность изделия зависит от распределения влаги в объеме изделия. При перемещении влаги из внутреннего объема к поверхности, поверхностная прочность снижается и происходит механическое разрушение изделия. Перемещение влаги происходит от более нагретого объема к  менее нагретому. Если во время укладки кирпича на вагонетку, контактная поверхность вагонетки будет холоднее, чем температура кирпича, влага переместится к контактной поверхности и прочность этой поверхности снизится.

Отдельно надо остановиться на китайском оборудовании. Как правило, китайские шнековые пресса предназначены для формовки стандартной рабочей шихты, а сырье в Казахстане, в основном, не соответствует требования «стандартной рабочей шихты», его качественные показатели намного ниже. Поэтому шнековую и формующую оснастку китайских прессов надо заменить на адаптированную к местному сырью.

Несколько предложений по формовке:

– при формовке тощих, малопластичных лессовых суглинков применяются пресса с короткой шнековой группой и достаточно длинной переходной головкой;

– диаметр шнекового цилиндра, по возможности, надо приближать к диагонали формуемого бруса;

– шаг выпорного двузаходного  шнека и шаг однозаходного шнека должны быть рассчитаны так, что бы шихта не запрессовывалась перед выпорным шнеком и не создавались дополнительные формовочные напряжения в формовом бруса и, соответственно, в отформованном кирпиче;

– особое внимание надо уделить симметрии выпорного шнека;

–  зазор между краем шнека и рубашкой рабочего цилиндра на новой (отремонтированной машине) не должен превышать 2…3 мм;

– при производстве полнотелого кирпича все переходы между цилиндром, переходной головкой и мундштуком должны быть плавными и сопряженными. При изготовлении головки и мундштука надо использовать математические расчеты, предложенные в специальной литературе;

– практика показывает положительный эффект при использовании орошаемых переходных головок и мундштуков;

– на электродвигателе привода пресса, обязательно устанавливать частотный преобразователь, с помощью которого можно регулировать обороты шнекового пресса;

– для снижения свилеобразования можно использовать уголь с повышенной зольностью (20…40%).  Дробить такой уголь надо до размеров кусочков 1…3 мм.

При выполнении всех технологических требований и расчетных величин, из лессовидных суглинков можно формовать качественных керамический кирпич.

 

4. Сушка.

Процесс сушки начинается сразу же при укладке кирпича-сырца на транспортное средство, на котором отформованный кирпич-сырец перемещается в сушилку.

При сушке осуществляется выход влаги из внутренних объемов и испарение влаги с поверхности кирпича. При сушке происходит линейная и, соответственно, объемная усадка кирпича. Из-за малого количества глинистых компонентов, связующая способность лессовых суглинков очень низкая, поэтому при незначительных усадках, возникают напряжения, которые приводят к разрушению сплошности и образованию трещин на поверхности кирпича.

Если кирпич находится в условиях, даже незначительного, движения воздушного потока, который проходит над поверхностью испарения, скорость процесса испарения влаги значительно увеличивается и, соответственно, увеличивается скорость усадки глины на поверхности испарения. В результате на этой поверхности возникают растягивающие усилия, которые и приводят к образованию трещин, т.е. возникают условия «неуправляемой сушки».

В условиях «неуправляемой сушки», трещины возникаю в течении 10…15 минут.

На кирпичных заводах в районе Алматы реализованы различные типы сушилок:

– естественная сушка на открытых полях;

– естественная сушка в сушильных сараях;

– искусственная сушка на сушильных вагонетках в туннельных сушилках;

– искусственная сушка на печных вагонетках в туннельных сушилках.

Наименее затратная по капиталовложения – естественная сушилка на открытых полях. Но в то же время такая сушилка имеет значительные недостатки: большие площади для организации сушильных полей, зависимость от влияния атмосферных осадков и длительный процесс сушки. Влиять на процесс сушки на открытых полях можно только накрытием или раскрытием кирпича-сырца тканевым материалом. Вначале сушки кирпич-сырец накрывается материалом и далее, после высыхания кирпича, ткань убирается.

Сушка в закрытых сараях отличает от сушки на открытых полях тем, что над высушиваемым кирпичом находится крыша сарая и вначале сушки, для уменьшения влияния воздушных потоков, закрываются боковые стенки сараев. Из недостатков исключается влияние атмосферных осадков.

Если сушка осуществляется на сушильных вагонетках в сушильных туннелях, то основная задача – выдержать необходимый срок сушки. Срок сушки кирпича изготовленного из тощего лессового суглинка не менее 72 часа. Для выхода на производительность печи обжига, рассчитывается количество сушильных вагонеток в одном туннеле и количество сушильных туннелей. Из материального и теплового балансов сушилки определяется температура и количество агента сушки, которое надо подать в сушилку и в каждый туннель в отдельности.

Остановимся на «китайской технологии» сушки на печных вагонетках.

Идея сушки кирпича на печных вагонетках не нова и применялась на некоторых кирпичных заводах. Например, ныне остановленный, харьковский кирпичный завод «СБК». Отличие технологической линии харьковского завода от «китайской технологии» отличается тем, что на заводе «СБК» работало три сушильных туннеля, общая длина которых составляла 2,5 длины туннельной печи обжига. По «китайской технологии», сушка проводится в одном сушильном туннеле, и его длина составляет всего 0,80 длины туннельной печи, т.е. на практике получается, что время сушки очень ограничено и, если устанавливать расчетный период сушки 72 часа, то производительность по печи обжига значительно снижается.

Например, по «китайской схеме», при длине туннельной печи эквивалентной 35 вагонеток, длина сушильной туннели составляет 28 вагонеток. При производительности печи 24 вагонетки в сутки, цикл сушки составляет 28 часов. Для чувствительного к сушке сырья, этого времени недостаточно для проведения бездефектного процесса сушки. Поэтому в такой сушилке осуществляется только первый этап сушки. Основная задача сушилки – снизить влажность изделий насколько это возможно и последующая сушка осуществляется в зоне нагрева туннельной печи обжига.

На Хабаровском кирпичном заводе так же была применения подобная «китайская технология». Все попытки устранить сушильные трещины в коротком сушильном туннеле не увенчались успехом. Даже после удлинения сушильного туннеля, его длины осталась меньше длины печи, но уйти от трещинообразования при сушке так и не удалось. Сейчас на этом заводе устанавливают камерную сушилку в качестве основного агрегата сушки, а имеющийся сушильный туннель будет выполнять функцию досушки и предварительного нагрева.

Короткий сушильный туннель является плохим инструментом для организации бездефектной сушки.

Перед заходом в сушильный туннель, загруженные кирпичом вагонетки сутки находятся в буферной накопительной зоне. Кирпич на вагонетках постоянно находится под воздействием неорганизованных воздушных потоков, которые удаляют влагу с наружных поверхностей кирпича в садке, и на этих поверхностях возникаю трещины, особенно в тех местах, где имеются напряжения формовки.

Загрузка кирпича на печную вагонетку проходит 35…45 минут и уже во время загрузки кирпича на вагонетку возникают сушильные трещины и посечки.

Еще одной особенностью «китайской технология» является использование в качестве агента сушки смеси дымовых газов и нагретого в зоне охлаждения атмосферного воздуха. Здесь так же имеется ряд сложностей.

В связи с тем, что влажность кирпича после короткой сушилки составляет 9…11%, то окончательное удаление влаги из кирпича происходит в зоне нагрева печи обжига, поэтому влагосодержание дымовых газов высокое. При высоком влагосодержании, сушильный потенциал такого агента сушки очень низкий и быстро наступает состояние влагонасыщения, т.е. относительная влажность агента сушки приближается к 100 %.  При контакте такого агента сушки с кирпичом, температура которого ниже температуры точки росы для агента сушки, происходит процесс, обратный сушке, т.е. агент сушки отдает влагу кирпичу и увлажняет его.

Конструкция туннельной сушилки такая, что имеется распределенная по всему каналу боковая подача агента сушки и распределенный по всему каналу сводовой отбор отработанного агента сушки.

По длине, туннель сушилки условно разделен на секции. В каждой секции агент сушки подается через боковые отверстия, расположенные на уровне пода печной вагонетки, а отработанный агент сушки удаляется через отверстие в своде в виде щели.

Боковые и сводовые отверстия совпадают с разрывами в садке кирпича на вагонетке. На каждые 1,5…2 вагонетка сделано одно выходное отверстие и несколько пар входных отверстий.

При такой конструкции сушилки, традиционный метод распределенной подачи и сосредоточенного отбора агента сушки, организовать очень сложно. Попытка перейти к сосредоточенному отбору отработанного агенту сушки из сушильного канала, на одном из кирпичных заводов, оказалась провальной. Причина – увлажнение кирпича в начале сушильного канала, разрушение переувлажненного кирпича и завал садки кирпича на вагонетке.

При распределенной подаче и отборе агента сушки, агент сушки не достаточное время контактирует с изделиями и недостаточно полно использует свой потенциал и поэтому для сушки кирпича требуется значительно большее количество агента.

В каждой условной секции относительная влажность отработанного агента сушки составляет 65…75% в начале сушильного туннеля и 35…45% в конце сушильного туннеля (по ходу движения вагонеток).

Распределенная подача и отбор агента сушки затрудняет организацию управляемого процесса сушки и регулирование скорости сушки при различных периодах сушки. Такие сушилки могут быть эффективными при использовании шихты не чувствительной к сушке.

 

5 Обжиг.

С теплотехнической точки зрения, туннельная печь обжига и туннельная сушилка представляют единый агрегат: дымосос отбирает дымовые газа и нагретый воздух из зоны охлаждения и он же подает рабочий агент сушки (сумму потоков дымовых газов и нагретого воздуха)  в рабочий канал туннельной сушилки.

Приоритетным тепловым агрегатом является туннельная печь обжига. При наладке работы печи первоочередное внимание уделяется процессу обжига, т.е. работе зоны обжига печи, т.к. от работы этой зоны зависят основные показатели качества обожженных изделий: прочность, морозостойкость, внешний вид. Нормальная работа зоны обжига, особенно при работе на твердом топливе, зависит от тяги в печном канале, т.е. настройки работы дымососа и открытия дымовых конусов в зоне нагрева. Таким образом, работа дымососа регулируется под режим обжига, а подача агента сушки в сушилку производится по вторичному критерию.

Обжиг изделий осуществляется теплом, которое выделяется при горении твердого топлива, запрессованного в шихту и засыпаемого через топливные трубочки в печь обжига.

Туннельная печь обжига имеет сложную конструкцию, которая состоит:

– основного печного канала, ограниченного подвижным подом печных вагонеток, внутренними огнеупорными стенами печи и плоским подвесным сводом. Основной канал условно разделен на три зоны: зона нагрева; зона обжига; зона охлаждения;

– двух вентиляционных каналов, симметрично расположенных по двум сторонам печи, в которых дымососом создается тяга и производится отбор: нагретого воздуха из зоны охлаждения; дымовых газов из зоны обжига через зону нагрева; охлаждающего воздуха из-под вагонеточного канала; охлаждающего воздуха из надсводового канала. Оба вентиляционные каналы соединяются общей камерой перед всасывающим патрубком дымососа;   

– регулировочных конусов, через которые вентиляционные каналы соединены с зонами и другими каналами печи. При поднятии конусов поток увеличивается, при опускании – поток уменьшается.

Основная сложность теплотехнической наладки – управление работой (открытые или закрытие) конусов так, чтобы получить:

1) равномерное температурное поле по высоте и ширине садки во всех зонах печи;

2) разряжение в основном печном канале больше, чем в подвагонеточном канале;

3) противоток движения печных вагонеток и газо-воздушного потока внутри основного печного канала.

5.1 Зона нагрева.

В зону нагрева печи поступает кирпич со средней влажностью 10% и на удаление этой влаги затрачивается дополнительное топливо. Дымовые газы насыщаются этой влагой и создают проблемы связанные с эффектом «запарки» и переувлажнения кирпича-сырца в сушилке.

Для удержания температуры дымовых газов и, соответственно, агента сушки в пределах 120°С, уголь надо засыпать как можно ближе к дымососу и регулировать открытие конусов в зоне нагрева так, что бы было время на испарение влаги из изделий и не воздействовать на влажный кирпич высокой температурой.

Запрессованный в шихту уголь, начинает гореть в период начала керамических реакций (эндотермические реакции распада кристаллической структуры глинистых минералов и удаления кристаллизационной воды) и тем самым снижает термическое напряжение напряжения в изделиях.

Изделия, изготовленные из малопластичных лессовых суглинков, имеют незначительные усадки в зоне нагрева, и в этой зоне не наблюдается образование дополнительных трещин.

Основная сложность регулирования работы конусов – выровнять температуру изделий по высоте садки и не дать огню опуститься к поду вагонеток или не подняться к верху садки.

5.2 Зона обжига.

Твердое топливо засыпается в зону обжига через топливные трубки.  В качестве топлива используется уголь высокой калорийности, поэтому засыпку надо производить небольшими порциями. Объем порции соизмерим с объемом, помещающейся в детской лопатке. Основное количество топлива засыпается в крайние трубочки, т.к. возле стен расход тепла максимальный и связано это с теплопроводностью стен и подсосом холодного воздуха из-под вагонеток.

Большая часть топлива засыпается в первой половине зоны обжига, т.к. движущиеся к выходу вагонетки переносят топливо вдоль зоны, где это топливо и сгорает.

При сжигании твердого топлива, в зоне обжига поддерживается большое разряжение, для подачи достаточного количества кислорода для полного сгорания топлива.

5.3 Зона охлаждения.

Для охлаждения обожженного кирпича воздух подается через открытый проход для выхода печных вагонеток. Для организации такого потока, в зоне охлаждения поддерживается разряжения, но разряжение в этой зоне должно быть меньше, чем разряжение в зоне обжига. В противном случае будет нарушен аэродинамический режим в основном туннеле печи.

Воздух охлаждает кирпич и нагревается. Нагретый воздух частично отбирается через отверстия вентиляционные отверстия в верхней части стены и частично поступает в зону обжига для поддержания горения топлива в зоне обжига.

Воздух, удаляемый из зоны охлаждения через стеновые воздуховоды, смешивается с дымовыми газами и образует агент сушки.

 

6. Вывод.

Оборудование из Китая и технологические схемы, применяемые в Китае, вполне возможно применять в Казахстане, но необходима адаптация к местным условиям. Особенно эта адаптация касается теплотехнического оборудования: туннельной печи и туннельной сушилки.

Положительной стороной является минимизация эксплуатационных затрат: на два теплотехнических агрегата один вентилятор.

Такая схема очень сложна в наладке и управлении, на такой схеме очень сложно произвести кирпич без дефектов, но количество электроэнергии сокращено до минимума.